自动控制原理第6章.ppt

第六章 控制系统的校正 第六章 控制系统的校正 第一节 引言 第二节 超前校正的装置 第三节 滞后校正 第四节 滞后-超前校正 第五节 PID控制器及其参数调整 图7-1 控制系统 图7-3 具有25%超调量的单位阶跃响应曲线 自动控制理论 自动控制理论 图7-4 受控对象的单位阶跃响应 图7-5 S形响应曲线 方法一 表一 Z-N 第一法 自动控制理论 方法二 令Ti=∞，Td=0 图7-6 具有比例控制器的闭环系统 * * * * 自动控制理论 普通高等教育“九五”部级重点教材 自动控制理论 控制系统校正的方法 图6-2 校正装置的种类 （1）有源校正装置 （2）无源校正装置 超前校正的装置 图6-3 自动控制理论 图6-4 图6-5 自动控制理论 图6-6 自动控制理论 基于根轨迹法的超前校正 例6-1 已知 要求校正后系统的ξ=0.5，ωn=4 解：1）对原系统分析 图6-9 2）确定希望的闭环极点 自动控制理论 3）计算超前校正装置在sd处产生的超前角 4）确定超前校正装置的零、极点 5）求K和Kv值 图6-10 超前校正装置 自动控制理论 6）检验极点sd是否对系统的动态起主导作用 图6-11 校正后系统的框图 基于频率响应法的超前校正 例6-2 已知 系数Kv=20s-1，r=50°，20lgKg=10dB 解： 自动控制理论 ，要求校正后系统的静态速度误差 1）调整开环增益K，满足Kv的要求 2）绘制校正前系统的伯特图，由图得 自动控制理论 图6-12 校正前和校正后系统的伯德图 3）计算相位超前角和α值 4）确定Gc(s)的零、极点 自动控制理论 5）校正后系统的开环传递函数 图6-13 校正后系统的方框图 串联校正的主要特点 1）利用超前校正装置的相位超前特性对系统进行动态校正 2）超前校正会使系统瞬态响应的速度变快 3）超前校正一般适用于系统的稳态精度能满足要求而其动态性能需要校正的场合 滞后校正的装置 图6-14 滞后校正装置的伯德图 自动控制理论 基于根轨迹法的滞后校正 例 一单位反馈系统开环传递函数为 假设在图中的sd点，系统具有满意的动态性能百其开环增益偏小，不能满足稳态精度要求 加滞后校正装置的目的： 1）使校正后的系统的闭环主导极点紧靠于sd点 2）使校正后的系统的开环增益有较大幅度的增大 自动控制理论 要求Gc(s)的零、极点必须靠近坐标原点，其目的： 1）使Gc(s)在sd处产生的滞后角小于5° 2）使校正后系统的开环增益能增大β倍。 例6-3 已知 自动控制理论 图6-17 校正后系统的根轨迹 1）作出未校正系统的根轨迹 解： 2）由性能指标，确定闭环系统的希望主导极点sd 自动控制理论 3）确定校正系统在sd处的增益 4）确定β值 5）由作图求得Gc(s)的零、极点 自动控制理论 基于频率响应的滞后校正 例6-4 1）调整K 解： 2）作未校正系统的Bode图 自动控制理论 3）选择新的ωc 4）确定β值 自动控制理论 5）校正后系统的Bode图 滞后校正的主要特点 1）利用滞后校正装置的高 频值衰减特性 2） 校正后系统的ωc变小,系 统的带宽变窄,瞬态响应变快 3） 滞后校正适用系统的动 态性能好，而静态精度偏低 的场合 自动控制理论 图6-18 滞后-超前校正的装置 图6-19 自动控制理论 自动控制理论 图6-21 图6-20 自动控制理论 基于根轨迹法的滞后-超前校正 例6-5 要求校正后系统的性能指标为ξ=0.5,ωn=5s-1和Kv=80s-1 1）对未校正系统分析 解： 图6-23 2）确定希望的闭环主导极点 自动控制理论 3）选择新的Kc 4）计算sd处相角的缺额 自动控制理论 5）T1和β值的确定 自动控制理论 图6-24 由图解得： 6）根据β值选取T2 图6-25 自动控制理论 基于频率法的滞后-超前校正 例 1）求K值 解： 2）画出未校正系统的伯德图 自动控制理论 3、确定校正后系统的剪切频率ωc 4、确定滞后-超前校正装置的转折频率 自动控制理论 图6-26 超前部分传递函数的确定 校正前系统在ω=1.5s-1处的幅值为 +13dB,要求Gc(s)的超前部分在 ω=1.5s-1处产生-13dB幅值.由作 图得： 自动控制理论 Gc(s)的超前部分的传递函数为